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技術 マルチアンテナ及び電子装置

出願人 太陽誘電株式会社
発明者 三ケ田仁
出願日 2012年4月17日 (8年8ヶ月経過) 出願番号 2012-093974
公開日 2013年10月28日 (7年2ヶ月経過) 公開番号 2013-223125
状態 特許登録済
技術分野 可変指向性アンテナ、アンテナ配列
主要キーワード 目的周波数帯 スペースロス 非接地型 送信用アンプ 連続形状 結合導体 送受切替スイッチ 送受信性能
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年10月28日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (20)

課題

スペースに依存することなく高いアイソレーションを確保でき、且つ高効率なマルチアンテナの提供。

解決手段

無給電素子14は目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされ、第1及び第2の給電素子15、16は目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされている。第1の給電素子15は、第1の結合導体部15aと、第1の結合導体部15aと連続形状の第1の接続導体部15bとを有する。第2の給電素子16は、第2の結合導体部16aと、第2の結合導体部16aと連続形状の第2の接続導体部16bとを有する。第1の結合導体部15aは、無給電素子14と平行になるように近接して配置される。第2の結合導体部16aは、無給電素子14と平行になるように近接して配置される。第1の接続導体部15bと第2の接続導体部16bとは、平行になるように近接して配置される。

概要

背景

携帯電話を用いてインターネットなどにアクセスするデータ通信ニーズが急速に増加している。また、近年は携帯電話以外の家電製品にも無線通信システムを備えたものが普及してきた。特に、ブルートゥース(Bluetooth(登録商標))や無線LANを備えた機器が普及している。

従来から複数のアンテナを用いて良好な通信感度を得て高速伝送を行う方法として、ダイバーシティアンテナが用いられている。これは複数のアンテナの中から出力の大きいアンテナの信号を自動的に選択するものである。これにより、1本のアンテナのみを用いる場合より良好な通信が可能となり、より高速なデータ伝送を実現できるようになった。

最近、ダイバーシティアンテナとは別に、さらに高速な通信を行うために変調方式MIMO(Multiple−Input Multiple−Output)通信システムが急速に普及してきた。このMIMO技術は、送信側と受信側との双方に複数のアンテナを備え、空間多重化した伝送路を実現することにより、伝送容量の大容量化を図り、通信速度の向上が図られている。MIMO技術が用いられる通信規格としては例えば下記のようなものがある。
・無線LANにおいてはIEEE802.11g規格が策定され、これに則った無線LANルータ等の機器が普及している。
・携帯電話においてはLTE(Long Term Evolution)規格による高速データ伝送が可能な携帯電話が普及し始めている。

・今日までインターネット接続は各家庭、企業などへサーバから通信回線電線光ケーブル)を敷設し接続していたが、これを無線化する規格としてWiMAX (IEEE802.16e)が策定されている。これにより人口の少ない地域などへのインターネット接続インフラの提供が容易となる。また、近年は移動体向けとしても用いられるようになってきている。

ダイバーシティアンテナやMIMOといった複数のアンテナを用いる無線技術が普及する中で、携帯端末用のアンテナには、占有面積が小さくできるだけ高いアイソレーションを有し、且つ高効率であることが求められている。

特許文献1には、絶縁基板の一方の面にモノポールタイプの無給電素子を配置し、他方の面に2つのモノポールタイプのアンテナ素子を離間して配置し、これらのアンテナ素子の間に各モノポールに対する接地パターンを配置したアンテナ装置が開示されている。

このアンテナ装置では、2つのアンテナ素子間に接地パターンを配置することで、2つのアンテナに相互に逆向きの指向性を持たせることで、アイソレーションを良化させている。

特許文献2には、2つのモノポールタイプのアンテナ素子間に、これらの素子に流れる電流の向きと反対方向に容量結合に係る電流が流れるように無給電素子を配置したマルチアンテナ装置が開示されている。

このマルチアンテナ装置では、上記構成の無給電素子が介在することでアンテナ素子間の素子への相互結合を小さくすることで、アイソレーションを良化させている。

概要

スペースに依存することなく高いアイソレーションを確保でき、且つ高効率なマルチアンテナの提供。無給電素子14は目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされ、第1及び第2の給電素子15、16は目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされている。第1の給電素子15は、第1の結合導体部15aと、第1の結合導体部15aと連続形状の第1の接続導体部15bとを有する。第2の給電素子16は、第2の結合導体部16aと、第2の結合導体部16aと連続形状の第2の接続導体部16bとを有する。第1の結合導体部15aは、無給電素子14と平行になるように近接して配置される。第2の結合導体部16aは、無給電素子14と平行になるように近接して配置される。第1の接続導体部15bと第2の接続導体部16bとは、平行になるように近接して配置される。

目的

本発明の目的は、スペースに依存することなく高いアイソレーションを確保でき、且つ高効率なマルチアンテナ及び電子装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされた無給電素子と、前記目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされ、前記無給電素子と容量結合する第1及び第2の給電素子とを具備するマルチアンテナ

請求項2

請求項1に記載のマルチアンテナであって、前記無給電素子は、非接地型であり、前記第1の給電素子は、前記無給電素子と容量結合する第1の結合導体部と、前記第1の結合導体部と第1の給電点とを接続する第1の接続導体部と、が角度を有する連続した形状を有し、前記第2の給電素子は、前記第1の接続導体の容量結合とは異なる位置で、前記無給電素子と容量結合する第2の結合導体部と、前記第1の接続導体部と近接するように配置され、前記第2の結合導体部と第2の給電点とを接続する第2の接続導体部と、が角度を有する連続した形状を有するマルチアンテナ。

請求項3

請求項2に記載のマルチアンテナであって、前記無給電素子は、線状導体であり、前記第1及び第2の給電素子は、前記第1の結合導体部が前記無給電素子の中央部で前記第1の接続導体部と接続され、前記中央部から前記無給電素子の第1の端部に向けて前記無給電素子と平行になるように配置され、前記第2の結合導体部が前記中央部で前記第2の接続導体部と接続され、前記中央部から前記無給電素子の第2の端部に向けて前記無給電素子と平行になるように配置され、前記第1の接続導体部と第2の接続導体部とが平行になるように近接して配置され、前記角度を有しているマルチアンテナ。

請求項4

請求項3に記載のマルチアンテナであって、前記無給電素子を実装する矩形基板を有し、前記無給電素子は、前記中央部が前記矩形の基板の第1の角部に位置し、前記基板の第1の辺及び前記第1の辺と直交する第2の辺に沿って平行になるように配置され、前記第1の接続導体部は、前記第1の辺に沿って平行になるように配置され、前記第2の接続導体部は、前記第2の辺に沿って平行になるように配置されたマルチアンテナ。

請求項5

第1の目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされた第1の無給電素子と、第2の目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされた第2の無給電素子と、前記第1及び第2の目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされ、それぞれが前記第1及び第2の無給電素子と容量結合することが可能な第1及び第2の給電素子とを具備するマルチアンテナ。

請求項6

請求項5に記載のマルチアンテナであって、さらに、第1の面に前記第1の無給電素子並びに前記第1及び第2の給電素子を実装し、第2の面に前記第2の無給電素子を実装する基板を具備するマルチアンテナ。

請求項7

目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされた無給電素子と、前記目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされ、前記無給電素子と容量結合する第1及び第2の給電素子とを有するマルチアンテナと、前記第1及び第2の給電素子に接続された高周波回路とを具備する電子装置

技術分野

0001

本発明は、無線ルータ携帯電話などに用いられるマルチアンテナ及び電子装置に関する。

背景技術

0002

携帯電話を用いてインターネットなどにアクセスするデータ通信ニーズが急速に増加している。また、近年は携帯電話以外の家電製品にも無線通信システムを備えたものが普及してきた。特に、ブルートゥース(Bluetooth(登録商標))や無線LANを備えた機器が普及している。

0003

従来から複数のアンテナを用いて良好な通信感度を得て高速伝送を行う方法として、ダイバーシティアンテナが用いられている。これは複数のアンテナの中から出力の大きいアンテナの信号を自動的に選択するものである。これにより、1本のアンテナのみを用いる場合より良好な通信が可能となり、より高速なデータ伝送を実現できるようになった。

0004

最近、ダイバーシティアンテナとは別に、さらに高速な通信を行うために変調方式MIMO(Multiple−Input Multiple−Output)通信システムが急速に普及してきた。このMIMO技術は、送信側と受信側との双方に複数のアンテナを備え、空間多重化した伝送路を実現することにより、伝送容量の大容量化を図り、通信速度の向上が図られている。MIMO技術が用いられる通信規格としては例えば下記のようなものがある。
・無線LANにおいてはIEEE802.11g規格が策定され、これに則った無線LANルータ等の機器が普及している。
・携帯電話においてはLTE(Long Term Evolution)規格による高速データ伝送が可能な携帯電話が普及し始めている。

0005

・今日までインターネット接続は各家庭、企業などへサーバから通信回線電線光ケーブル)を敷設し接続していたが、これを無線化する規格としてWiMAX (IEEE802.16e)が策定されている。これにより人口の少ない地域などへのインターネット接続インフラの提供が容易となる。また、近年は移動体向けとしても用いられるようになってきている。

0006

ダイバーシティアンテナやMIMOといった複数のアンテナを用いる無線技術が普及する中で、携帯端末用のアンテナには、占有面積が小さくできるだけ高いアイソレーションを有し、且つ高効率であることが求められている。

0007

特許文献1には、絶縁基板の一方の面にモノポールタイプの無給電素子を配置し、他方の面に2つのモノポールタイプのアンテナ素子を離間して配置し、これらのアンテナ素子の間に各モノポールに対する接地パターンを配置したアンテナ装置が開示されている。

0008

このアンテナ装置では、2つのアンテナ素子間に接地パターンを配置することで、2つのアンテナに相互に逆向きの指向性を持たせることで、アイソレーションを良化させている。

0009

特許文献2には、2つのモノポールタイプのアンテナ素子間に、これらの素子に流れる電流の向きと反対方向に容量結合に係る電流が流れるように無給電素子を配置したマルチアンテナ装置が開示されている。

0010

このマルチアンテナ装置では、上記構成の無給電素子が介在することでアンテナ素子間の素子への相互結合を小さくすることで、アイソレーションを良化させている。

先行技術

0011

特開2011−77608号公報
特開2011−109547号公報

発明が解決しようとする課題

0012

いずれにしても特許文献1や特許文献2に開示された技術は、アンテナ素子間は相互結合するので、その分は損失となる。
また、特許文献1や特許文献2に開示された技術は、いずれもアンテナ素子間に接地パターンや無給電素子を介在させる必要があるので、スペースロスがある。

0013

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、スペースに依存することなく高いアイソレーションを確保でき、且つ高効率なマルチアンテナ及び電子装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0014

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るマルチアンテナは、無給電素子と、第1の給電素子と、第2の給電素子とを有する。
上記無給電素子は、目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされている。
第1及び第2の給電素子は、上記目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされ、無給電素子と容量結合する。
本発明の他の形態に係るマルチアンテナは、第1の無給電素子と、第2の無給電素子と、第1の給電素子と、第2の給電素子とを有する。
上記第1の無給電素子は、第1の目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされている。
上記第2の無給電素子は、第2の目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされている。

0015

上記第1及び第2の給電素子は、上記第1及び第2の目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされ、それぞれが上記記第1及び第2の無給電素子と容量結合することが可能とされている。
本発明の一形態に係る電子装置は、マルチアンテナと、高周波回路とを有する。

0016

上記マルチアンテナは、目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされた無給電素子と、上記目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされ、上記無給電素子と容量結合する第1及び第2の給電素子とを有する。
上記高周波回路は、上記第1及び第2の給電素子に接続されている。

発明の効果

0017

本発明によれば、第1及び第2の給電素子が目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされているので、スペースに依存することなく高いアイソレーションを確保でき、且つ高効率となる。

図面の簡単な説明

0018

本発明の第1の実施形態に係るマルチアンテナの構成を示す平面図である。
比較のためのアンテナの構成を示す平面図である。
図1に示したマルチアンテナにおけるVSWR特性シミュレーション結果である。
図1に示したマルチアンテナにおけるアイソレーションのシミュレーション結果である。
図2に示したアンテナにおけるVSWR特性のシミュレーション結果である。
図2に示したアンテナにおけるアイソレーションのシミュレーションした結果である。
図1に示したマルチアンテナにおける指向性のシミュレーション結果(第1の給電素子)である。
図1に示したマルチアンテナにおける指向性のシミュレーション結果(第2の給電素子)である。
図1に示したAを変えた場合のVSWR特性の相違のシミュレーション結果を示している。
図1に示したAを変えた場合におけるインピーダンス変化の方向の相違のシミュレーション結果を示している。
図1に示したAを変えた場合におけるアイソレーションの相違のシミュレーション結果を示している。
図1に示したBを変えた場合におけるVSWR特性の相違のシミュレーション結果を示している。
図1に示したBを変えた場合におけるインピーダンス変化の方向の相違のシミュレーション結果を示している。
図1に示したBを変えた場合におけるアイソレーションの相違のシミュレーション結果を示している。
図1に示したCを変えた場合におけるVSWR特性の相違のシミュレーション結果を示している。
図1に示したCを変えた場合におけるインピーダンス変化の方向の相違のシミュレーション結果を示している。
図1に示したCを変えた場合におけるアイソレーションの相違のシミュレーション結果を示している。
図1に示したCをさらに変えた場合におけるVSWR特性のシミュレーション結果を示している。
図1に示したCをさらに変えた場合におけるアイソレーションのシミュレーション結果を示している。
図1に示したCをさらに変えた場合におけるVSWR特性のシミュレーション結果を示している。
図1に示したCをさらに変えた場合におけるアイソレーションのシミュレーション結果を示している。
図1に示したCをさらに変えた場合におけるVSWR特性のシミュレーション結果を示している。
図1に示したCをさらに変えた場合におけるアイソレーションのシミュレーション結果を示している。
本発明に係る多層化したマルチアンテナの一例の示す平面図である。
図24Aの背面図である。
本発明に係る多層化したマルチアンテナの他の例の示す平面図である。
図25Aの背面図である。
本発明に係る多層化したマルチアンテナのさらに別の例の示す平面図である。
図26Aの背面図である。
図26A内層を示す断面図である。
図25A図25Bに示したアンテナにおけるVSWR特性のシミュレーション結果である。
図25A図25Bに示したアンテナにおけるアイソレーションのシミュレーション結果を示している。
本発明の第2の実施形態に係るマルチアンテナの構成を示す平面図である。
本発明の第3の実施形態に係るマルチアンテナの構成を示す平面図である。
図30に示したマルチアンテナの背面図である。
本発明の一形態に係る電子装置の構成を示すブロックである。
本発明の変形例に係るマルチアンテナの平面図である。

実施例

0019

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るマルチアンテナは、無給電素子と、第1の給電素子と、第2の給電素子とを有する。
上記無給電素子は、目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされている。
第1及び第2の給電素子は、上記目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされ、無給電素子と容量結合する。

0020

本発明の一形態に係るマルチアンテナでは、第1及び第2の給電素子が上記目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされていることから、一方の給電素子から放射された電波によって他方の給電素子が励振することはない。従って、他方の給電素子の存在が一方の給電素子にとっては見て損失となる対象ではなくなり、高いアイソレーションを確保できる。また、第1の給電素子と第2の給電素子との間の間隔とアイソレーションとは無関係となるので、例えば第1の給電素子と第2の給電素子とを近接配置することが可能となる。従って、本形態に係るマルチアンテナでは、スペースに依存することなく高いアイソレーションを確保できる。

0021

上記マルチアンテナでは、上記無給電素子は、非接地型であり、上記第1の給電素子は、上記無給電素子と容量結合する第1の結合導体部と、上記第1の結合導体部と第1の給電点とを接続する第1の接続導体部と、が角度を有する連続した形状を有し、上記第2の給電素子は、上記第1の接続導体の容量結合とは異なる位置で、上記無給電素子と容量結合する第2の結合導体部と、上記第1の接続導体部と近接するように配置され、上記第2の結合導体部と第2の給電点とを接続する第2の接続導体部と、が角度を有する連続した形状を有することが好ましい形態である。

0022

本形態では、無給電素子を非接地型とすることで、接地パターンとは無関係になり、設計の自由度が高まる。すなわち、無給電素子が接地型であると、無給電素子と接地パターンとを接続するための配線パターンスルーホールなどの線路を無給電素子と接地パターンとの間で引き回す必要があるため、この線路による規制を受けて給電素子などの配線の設計の自由度が低くなる。これに対して、無給電素子が非接地型であれば、これらの線路は不要となり、設計の自由度が高まることになる。また、本形態では、第1の接続導体部と第2の接続導体部とが近接するように配置されているので、これらの給電点を近接した位置に配置することが可能となる。従って、例えばダイバーシティ用のスイッチ素子各給電点とを結ぶ配線を短くでき、これらの配線から各種回路ノイズが回り込むことが少なくなる。

0023

上記マルチアンテナでは、上記無給電素子は、線状導体であり、上記第1及び第2の給電素子は、上記第1の結合導体部が上記無給電素子の中央部で上記第1の接続導体部と接続され、上記中央部から上記無給電素子の第1の端部に向けて上記無給電素子と平行になるように配置され、上記第2の結合導体部が上記中央部で上記第2の接続導体部と接続され、上記中央部から上記無給電素子の第2の端部に向けて上記無給電素子と平行になるように配置され、上記第1の接続導体部と第2の接続導体部とが平行になるように近接して配置され、上記角度を有していることが好ましい形態である。

0024

本形態では、無給電素子を線状導体とし、第1及び第2の結合導体部を無給電素子と平行となるように配置することで、これらが実装される矩形基板一辺に沿った縁部の限られた領域にこれらの要素の全部或いは大部分を配置することができる。また、第1の結合導体部と第2の結合導体部とを無給電素子の中央部から両端部にそれぞれ向けて配置することで、左右対称の構造とすることができ、各給電素子に対する性能の把握が容易となる。

0025

上記マルチアンテナでは、上記無給電素子を実装する矩形の基板を有し、上記無給電素子は、上記中央部が上記矩形の基板の第1の角部に位置し、上記基板の第1の辺及び上記第1の辺と直交する第2の辺に沿って平行になるように配置され、上記第1の接続導体部は、上記第1の辺に沿って平行になるように配置され、上記第2の接続導体部は、上記第2の辺に沿って平行になるように配置されることが好ましい形態である。

0026

本形態では、基板の角部に集約的にマルチアンテナを配置することで、省スペース化を図ることができる。また、第1の給電素子と第2の給電素子とが直交する偏波面を有することになることから、偏波ダイバーシティもしくは偏波MIMOの効果を得ることができる。

0027

本発明の他の形態に係るマルチアンテナは、第1の無給電素子と、第2の無給電素子と、第1の給電素子と、第2の給電素子とを有し、上記第1の無給電素子は、第1の目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされ、上記第2の無給電素子は、第2の目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされている。

0028

上記第1及び第2の給電素子は、上記第1及び第2の目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされ、それぞれが上記記第1及び第2の無給電素子と容量結合することが可能とされている。
この形態に係るマルチアンテナでは、デュアルバンドに亘りスペースに依存することなく高いアイソレーションを確保できる。

0029

上記マルチアンテナでは、第1の面に上記第1の無給電素子並びに上記第1及び第2の給電素子を実装し、第2の面に上記第2の無給電素子を実装する基板を有することが好ましい形態である。
本形態では、デュアルバンドのマルチアンテナを高いアイソレーションを確保でき、しかもスペース効率よく配置することができる。
本発明の一形態に係る電子装置は、マルチアンテナと、高周波回路とを有する。

0030

上記マルチアンテナは、目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされた無給電素子と、上記目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされ、上記無給電素子と容量結合する第1及び第2の給電素子とを有する。
上記高周波回路は、上記第1及び第2の給電素子に接続されている。

0031

本発明の一形態に係る電子装置では、スペースに依存することなく高いアイソレーションを確保できるマルチアンテナを有することから、装置の小型化が可能となり、送受信性能も高いものとなる。
[第1の実施形態]
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るマルチアンテナを示す平面図である。

0032

図1に示すように、このマルチアンテナ10は、基板11を有する。基板11は、矩形であり、第1の面にアンテナ配置領域12と接地パターン配置領域13とを有する。アンテナ配置領域12には、無給電素子14と、第1の給電素子15と、第2の給電素子16とが配置されている。接地パターン配置領域13には、接地パターン17と、スイッチ素子18とが配置されている。

0033

無給電素子14は、目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされた非接地型の線状素子である。より具体的には、無給電素子14は、目的周波数帯域の波長λとしたとき、(1/2)・λの電気長とされた素子である。例えば、目的周波数帯域が2.45GHz帯であるときは、無給電素子14の長さは44mmとなる。ただし、電気長のパラメータとなる短縮率は諸条件により異なるものとなるから、電気長は一義的に定まるものではない。この無給電素子14は、基板11の一辺の縁に沿って配置されている。本発明では、このように基板上に形成された平面型のアンテナであっても実質的には線状素子として機能することから、このような形態も線状素子と呼ぶ。

0034

第1の給電素子15及び第2の給電素子16も線状素子である。第1の給電素子15は、第1の結合導体部15aと、第1の結合導体部15aと例えば90°の角度を有する連続形状の第1の接続導体部15bとを有する。第2の給電素子16は、第2の結合導体部16aと、第2の結合導体部16aと例えば90°の角度を有する連続形状の第2の接続導体部16bとを有する。第1及び第2の接続導体部15b、16bの端部には、それぞれ給電点15c、16cが設けられている。

0035

第1の結合導体部15aは、無給電素子14の中央部14aで第1の接続導体部15bと接続され、無給電素子14の中央部14aから無給電素子14の第1の端部14bに向けて無給電素子14と平行になるように近接して配置される。第2の結合導体部16aは、無給電素子14の中央部14aで第2の接続導体部16bと接続され、無給電素子14の中央部14aから無給電素子14の第2の端部14cに向けて無給電素子14と平行になるように近接して配置される。第1の接続導体部15bと第2の接続導体部16bとは、平行になるように近接して配置される。

0036

第1の結合導体部15a及び第2の結合導体部16aは、無給電素子14と容量結合するための主要部を構成する。第1及び第2の接続導体部15b、16bは、それぞれ給電点15c、16cと第1の結合導体部15a及び第2の結合導体部16aとの間の給電線路を主として構成する。第1及び第2の給電素子15、16は、第1の結合導体部15a及び第2の結合導体部16aを主として無給電素子14と容量結合するが、目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされている。より具体的には、第1の結合導体部15aの長さをB、第1の接続導体部15bの長さをFとしたとき、B+Fの長さが(1/4)・λの電気長よりも短くされている。第2の給電素子16ついても同様である。例えば、目的周波数帯域が2.45GHz帯であるときは、第1の給電素子15及び第2の給電素子16の長さは22mmよりも短く、18mmとなる。

0037

接地パターン配置領域13に配置された接地パターン17は、マルチアンテナ10に対するグランドとして機能する。また、スイッチ素子18は、第1の給電素子15と第2の給電素子16とのいずれか一方を選択するための素子であり、例えばこのスイッチ素子18によってダイバーシティの機能を実現することができる。図1においては、スイッチ素子18は模式的に表現している。本実施形態に係るマルチアンテナ10はこのスイッチ素子18を除けば例えばエッチングによって簡単に製造することができる。
本実施形態に係るマルチアンテナ10では、高いアイソレーションを確保することができ、且つ高効率である。
図2は比較のために共振モードとなる電気長((1/4)・λ)とした逆Fアンテナ201、202を本形態と同様に配置したアンテナ200を示している。

0038

本実施形態に係るマルチアンテナ10のVSWR特性及びアイソレーションのシミュレーション結果をそれぞれ図3及び図4に示す。ここで、A=44mm、B=4.5mm、C=11mmとした。また、図2に示したアンテナ200のVSWR特性及びアイソレーションのシミュレーション結果をそれぞれ図5及び図6に示す。いずれのアンテナも2.45GHz帯に合わせて調整した無線LANルータ用のアンテナとしている。

0039

図3及び図4から分かるように、本実施形態に係るマルチアンテナ10はVSWR特性が良好であり、しかも、無線LANの帯域である2.4〜2.5全域にわたり低い値となっている。また、アイソレーションは前記周波数で12dB確保されている。一方、図5及び図6から分かるように、比較としてのアンテナ200はVSWR特性が良好であるが、低い帯域は狭く、また、アイソレーションも3.6dBと悪化しており、損失が増大しアンテナの放射効率が低下する結果となる。

0040

次に、本実施形態に係るマルチアンテナ10の指向性のシミュレーション結果を図7及び図8に示す。図7は第1に給電素子15に給電し、第2の給電素子16には給電しない場合のマルチアンテナ10の指向性を示している。また、図8は第2の給電素子16に給電し、第1の給電素子15に給電した場合のマルチアンテナ10の指向性を示している。これらの図から分かるようにマルチアンテナ10は指向性を十分に有することから指向性ダイバーシティアンテナとして用いることができる。

0041

本発明者の考察によれば、マルチアンテナ10において上記のパラメータA、B、Cを変化させることで、共振周波数だけでなく、インピーダンスやアイソレーションも調整することができる。これにより、アンテナを設計する上の自由度が高まり、ニーズに応じて様々な性能のアンテナを提供できるようになる。

0042

図9図11は、Aを変えた場合のVSWR特性、インピーダンス変化の方向、アイソレーションの相違のシミュレーション結果を示している。図12図14は、Bを変えた場合のVSWR特性、インピーダンス変化の方向、アイソレーションの相違のシミュレーション結果を示している。図15図17は、Cを変えた場合のVSWR特性、インピーダンス変化の方向、アイソレーションの相違のシミュレーション結果を示している。

0043

これらの結果から分かるように、Aはアンテナ共振周波数を決定する。従って、アイソレーションの良好な周波数もこれによって決定される。また、B及びCによってインピーダンスが変化する。従って、BやCを適宜選択することによってインピーダンス整合が不要なアンテナを構成することも可能である。

0044

さらに、本発明者は、Cについてパラメータとしての意味を考察した。図18及び図19はC=1.5mm、A=42.0mm、B=12.0mmmとしたときのVSWR特性、アイソレーションのシミュレーション結果を示している。図20及び図21はC=4.0mm、A=43.0mm、B=10.3mmmとしたときのVSWR特性、アイソレーションのシミュレーション結果を示している。図22及び図23はC=9.0mm、A=48.0mm、B=14.5mmmとしたときのVSWR特性、アイソレーションのシミュレーション結果を示している。

0045

これらの結果より、いずれにおいても2.4〜2.5GHzの範囲においてVSWR<3以下となっており、インピーダンス整合がよく取れていることが分かる。

0046

C=1.5mm及びC=4.0mmでは、2.4〜2.5GHzの範囲でのアイソレーションが10dB以上確保できており、またピークが明確に存在するので、アイソレーションの最良点を2.45GHzに持ってくる設計が可能である。なお、10dB以上のアイソレーションを確保できれば、アンテナの放射効率へ与える悪影響は無視できるほど小さい。

0047

C=9.0mmでは、帯域の下端においてアイソレーションが10dB以下となっており、やや悪化していることが分かる(図23参照)。C=1.5mm及びC=4.0mmの場合とは異なりアイソレーションに傾きが生じ、2.45GHz帯にアイソレーションのピークを持たせる設計は困難である。また、2.45GHzにおけるアイソレーションを良化するためにA寸法も増大させており、省スペース化の観点からも望ましくない。

0048

従って、本実施形態に係るマルチアンテナ10においては、接続部間距離Cを必要以上に大きくすることは得策ではなく、むしろ適宜小さくする方が好ましいことが分かる。すなわち、公知のこれまでのアンテナとは異なり、素子間の間隔とアイソレーションとが比例する関係にはなく、むしろ逆傾向であることが分かる。よって、本実施形態に係るマルチアンテナ10では、限られた小さなスペースで高いアイソレーションを確保することができる。

0049

上記のマルチアンテナ10は、基板11の同一の面に各素子を配置したが、グランド面が両面にあっても片面のみにあっても同等な性能のアンテナを構成できる。また、無給電素子、給電素子も表面、裏面、内層のいずれに配置しても問題はない。さらに、途中でビアホール導体を介して層を変更するように構成しても構わない。

0050

例えば、図24A、Bに示すマルチアンテナ20のように、基板21の表面21aに第1及び第2の給電素子15、16並びに接地パターン17を設け、基板21の裏面21bに無給電素子14及び接地パターン17を設けても構わない。また、図25A、Bに示すマルチアンテナ30のように、表面31aに接地パターンを設けてあれば、基板31の裏面31bに接地パターンを設けなくてもよい。さらに、図26A、B、Cに示すマルチアンテナ40のように、基板41の表裏面41a、41bの他に内層41cを設け、表面41aに第1及び第2の給電素子15、16並びに接地パターン17を設け、内層41cに無給電素子14を設け、裏面41bに接地パターン17を設けても構わない。

0051

図27及び図28は上記図25に示したマルチアンテナ30のVSWR特性及びアイソレーションを示している。これらの図に示すように、同一面に各素子を配置した場合と同等の性能が得られることが分かる。
[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。
図29は本発明の第2の実施形態に係るマルチアンテナの構成を示す平面図である。

0052

図29に示すように、マルチアンテナ50は、矩形の基板51を有する。基板51は、第1の面にアンテナ配置領域52と接地パターン配置領域53とを有する。アンテナ配置領域52には、無給電素子54と、第1の給電素子55と、第2の給電素子56とが配置されている。接地パターン配置領域53には、接地パターン57が配置されている。ここではスイッチ素子は例えば接地パターン配置領域53に配置されるが、図示を省略する。

0053

無給電素子54は、目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされた非接地型の線状素子である。より具体的には、無給電素子54は、目的周波数帯域の波長λとしたとき、(1/2)・λの電気長とされた素子である。無給電素子54は、無給電素子54の中央部54aが矩形の基板51の第1の角部51aに位置し、基板51の第1の辺51b及び第1の辺51bと直交する第2の辺51cに沿って平行になるようにこれらの辺51b、51cの縁に沿って配置されている。

0054

第1の給電素子55及び第2の給電素子56も線状素子である。第1の給電素子55は、第1の結合導体部55aと、第1の結合導体部55aと例えば45°の角度を有する連続形状の第1の接続導体部55bとを有する。第2の給電素子56は、第2の結合導体部56aと、第2の結合導体部56aと例えば45°の角度を有する連続形状の第2の接続導体部56bとを有する。第1及び第2の接続導体部55b、56bの端部には、それぞれ給電点55c、56cが設けられている。

0055

第1の結合導体部55aは、無給電素子54の中央部54aで第1の接続導体部55bと接続され、無給電素子54の中央部54aから無給電素子54の第1の端部54bに向けて無給電素子54と平行になるように近接して配置される。すなわち、第1の結合導体部55aは、基板51の第1の辺51bと平行となっている。第2の結合導体部56aは、無給電素子54の中央部54aで第2の接続導体部56bと接続され、無給電素子54の中央部54aから無給電素子54の第2の端部54cに向けて無給電素子54と平行になるように近接して配置される。すなわち、第2の結合導体部56aは、基板51の第2の辺51cと平行となっている。第1の接続導体部55bと第2の接続導体部56bとは、平行になるように近接して配置される。

0056

第1の結合導体部55a及び第2の結合導体部56aは、無給電素子54と容量結合するための主要部を構成する。第1及び第2の接続導体部55b、56bは、それぞれ給電点55c、56cと第1の結合導体部55a及び第2の結合導体部56aとの間の給電線路を主として構成する。第1及び第2の給電素子55、56は、第1の結合導体部55a及び第2の結合導体部56aを主として無給電素子54と容量結合するが、目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされている。

0057

本実施形態に係るマルチアンテナ50では、これまでに説明した作用効果の他に、基板51の角部51aに集約的にマルチアンテナ50を配置することで、省スペース化を図ることができる。また、第1の給電素子55と第2の給電素子56とが直交する偏波面を有することになることから、偏波ダイバーシティの効果を得ることができる。
なお、本実施形態においても第1の実施形態と同様にマルチアンテナを多層化することができる。
[第3の実施形態]
次に、本発明の第3の実施形態を説明する。
図30は本発明の第3の実施形態に係るマルチアンテナの構成を示す平面図である。図31はその背面図である。

0058

図30及び図31に示すように、マルチアンテナ60は、矩形の基板61を有する。基板61の第1の面61a及び第2の面61は、それぞれアンテナ配置領域62a、62b及び接地パターン配置領域63a、63bを有する。

0059

基板61の第1の面61aのアンテナ配置領域62aには、第1の無給電素子64aと、第1の給電素子65と、第2の給電素子66とが配置されている。接地パターン配置領域63aには、接地パターン67aが配置されている。ここではダイバーシティのためのスイッチ素子は例えば接地パターン配置領域63aに配置されるが、図示を省略する。

0060

基板61の第2の面61bのアンテナ配置領域62bには、第2の無給電素子64bが配置されている。接地パターン配置領域63bには、接地パターン67bが配置されている。

0061

第1の無給電素子64aは、第1の目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされた非接地型の線状素子である。より具体的には、第1の無給電素子64aは、第1の目的周波数帯域の波長λとしたとき、(1/2)・λ1の電気長とされた素子である。例えば、第1の目的周波数帯域は2.45GHz帯とされている。第1の無給電素子64aは、矩形の基板61の一辺に沿って配置され基板61の2つの角部において隣接する辺に沿うように90°折り曲げられている。つまり、このように折り曲げることで、基板61の幅を(1/2)・λ1の電気長よりも狭くすることができる。

0062

第2の無給電素子64bは、第2の目的周波数帯域の共振モードとなる電気長とされた非接地型の線状素子である。より具体的には、無給電素子64bは、第2の目的周波数帯域の波長λ2としたとき、(1/2)・λ2の電気長とされた素子である。例えば、第2の目的周波数帯域は5GHz帯とされている。第2の無給電素子64bは、矩形の基板61の対向する2辺にそれぞれコの字状となるように各辺に沿って2つ配置されている。コの字状とすることで、基板61の長さを短くできる。そして、第1及び第2の無給電素子64a、64bを上記の形状とすることで基板61の面積を小さくすることができる。

0063

第1の給電素子65及び第2の給電素子66も線状素子である。第1の給電素子65は、第1の結合導体部65aと、第1の結合導体部65aと例えば90°の角度を有する連続形状の第1の接続導体部65bとを有する。第2の給電素子66は、第2の結合導体部66aと、第2の結合導体部66aと例えば90°の角度を有する連続形状の第2の接続導体部66bとを有する。第1及び第2の接続導体部65b、66bの端部には、それぞれ給電点65c、66cが設けられている。

0064

第1の結合導体部65aは、第1の無給電素子64aと容量結合するための第1の帯域用導体部65aaと、第2の無給電素子64bと容量結合するための第2の帯域用の導体部65abとを有する。第1の帯域用の導体部65aa及び第2の帯域用の導体部65abは第1の接続導体部65bを共用する。

0065

第2の結合導体部66aは、第1の無給電素子64aと容量結合するための第1の帯域用の導体部66aaと、第2の無給電素子64bと容量結合するための第2の帯域用の導体部66abとを有する。第1の帯域用の導体部66aa及び第2の帯域用の導体部66abは第2の接続導体部66bを共用する。
なお、第2の帯域用の導体部65ab、66abは折り返し部分を有する。

0066

第1の帯域用の導体部65aa、66aaは、第1の無給電素子64aと容量結合するための主要部を構成する。第2の帯域用の導体部65ab、66abは、第2の無給電素子64bと容量結合するための主要部を構成する。第1及び第2の給電素子65、66は、第1の結合導体部65a及び第2の結合導体部66aを主として第1及び第2の無給電素子64a、64bと容量結合するが、それぞれが第1及び第2の目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされている。

0067

具体的には、第1の帯域用の導体部65aa、66aaと第1又は第2の接続導体部65b、66bとによる電気長が、第1及び第2の目的周波数帯域の共振モードとはならない長さとされている。また、第2の帯域用の導体部65ab、66abと第1又は第2の接続導体部65b、66bとによる電気長が、第1及び第2の目的周波数帯域の共振モードとはならない長さとされている。
ここで、共振モードとはならない長さの電気長とは、例えば(1/4)・λの整数倍に相当しない電気長のことである。

0068

このように構成されたマルチアンテナ60では、第1及び第2の給電素子65、66が第1及び第2の目的周波数帯域の共振モードとはならない電気長とされていることから、一方の給電素子から放射されたいずれのバンドの電波によっても他方の給電素子が励振することはない。従って、いずれのバンドにおいても他方の給電素子の存在が一方の給電素子にとっては見て損失となる対象ではなくなり、高いアイソレーションを確保できる。また、第1の給電素子65と第2の給電素子66との間の間隔とアイソレーションとは無関係となるので、例えば第1の給電素子65と第2の給電素子66とを近接配置することが可能となる。従って、本形態に係るマルチアンテナでは、スペースに依存することなく高いアイソレーションを確保できる。

0069

ここで、本実施形態に係るマルチアンテナ60を電子装置としての2.4GHz/5GHz帯デュアルバンド無線LANブロードバンドルータに適用した例を図32に示す。

0070

図32示すようにこの電子装置100は、マルチアンテナ60に高周波回路110を接続して構成される。高周波回路110は、送受切替スイッチ111とトランシーバIC112とを有する。受信側の経路としては、送受切替スイッチ111からの信号が受信用ダイプレクサ113、2.4GHz受信用低雑音アンプ114又は5GHz受信用低雑音アンプ115を通りトランシーバIC112に入力される。送信側の経路としては、トランシーバIC112からの信号が2.4GHz送信用アンプ116又は5GHz送信用アンプ117、送信用ダイプレクサ118を通り送受切替スイッチ111に入力される。なお、マルチアンテナ60はダイバーシティ用スイッチを含むが、図示を省略している。

0071

以上の電子装置では、スペースに依存することなく高いアイソレーションを確保できるデユアルタイプのマルチアンテナ60を有することから、装置の小型化が可能となり、送受信性能も高いものとなる。
[その他]

0072

本発明の上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内でさまざまに変形して実施することが可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。

0073

例えば、上記の実施形態では、無給電素子を(1/2)・λの電気長である場合につき説明したが、例えば図33に示すように、無給電素子74を接地型の(1/4)・λのモノポールタイプとしてマルチアンテナ70を構成してもよい。なお、図3において、71は基板、75は第1の給電素子、76は第2の給電素子、77は接地パターン、75c及び76cは給電点を示している。

0074

上記の実施形態では、ダイバーシティアンテナに本発明を適用した実施形態を説明したが、本発明のマルチアンテナはMIMOなど他のシステムに適用することは勿論可能である。

0075

10マルチアンテナ
11基板
14無給電素子
15 第1の給電素子
15a 第1の結合導体部
15b 第1の接続導体部
15c給電点
16 第2の給電素子
16a 第2の結合導体部
16b 第2の接続導体部
16c 給電点
17 接地パターン

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